Question

（2013?德州模擬）硝酸是一種重要的化工原料，工業上一般以氨氣為原料來制備硝酸．請回答：
（1）氨氣催化氧化的化學方程式為

4NH₃+5O₂

催化劑  .

加熱

4NO+6H₂O

．
（2）硝酸廠的尾氣直接排放將污染空氣，目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮的氧化物還原為氮氣和水，反應機理為：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
則甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學方程式為：

CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol

．
（3）氨氣若在純氧中燃燒，則發生反應為4NH₃+3O₂

點燃  .

2N₂+6H₂O，科學家利用此原理，設計成氨氣-氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是

負極

（填“正極”或“負極”）；堿性條件下，該電極發生反應的電極反應式為

4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O

．
（4）制得的硝酸可以跟金屬銅反應生成硝酸銅溶液，用石墨電極電解該硝酸銅溶液，則電解過程中陽極的電極反應式為

4OH^--4e^-=O₂+2H₂O

．

Answer 1

分析：（1）NH₃與O₂在催化劑、加熱條件下發生反應生成NO和H₂O；
（2）根據蓋斯定律來書寫熱化學方程式；
（3）根據燃料電池中，燃料做負極，氧氣作正極，負極的電極反應=總反應-正極的電極反應；
（4）根據離子的放電順序及反應類型書寫．

解答：解：（1）NH₃與O₂在催化劑、加熱條件下發生反應生成NO和H₂O：4NH₃+5O₂

催化劑  .

加熱

4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

加熱

4NO+6H₂O；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）→4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
    ②CH₄（g）+4NO（g）→2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
根據蓋斯定律（①+②）×

1

2

，得：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol，故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=CO₂（g）+N₂（g）△H=-867kJ/mol；
（3）燃料電池中，燃料做負極，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下，總反應：4NH₃+3O₂

點燃  .

2N₂+6H₂O，正極的電極反應：3O₂↑+6H₂O+12e^-=12OH^-，負極的電極反應式為：
4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O，故答案為：負極；4NH₃+12OH^--12e=2N₂+12H₂O；
（4）Cu（NO₃）₂溶液中銅離子的放電能力大于氫離子的放電能力，所以銅離子先放電；氫氧根離子的放電能力大于硝酸根離子的放電能力，所以氫氧根離子先放電．陽極上失電子，發生氧化反應，所以氫氧根離子在陽極上失電子生成氧氣：4OH^--4e^-=O₂+2H₂O；陰極上得電子，反應還原反應，所以銅離子的陰極上得電子生成銅：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂+2H₂O．

點評：本題主要考查了熱化學方程式的書寫、電極反應的書寫，難度不大，根據課本知識即可完成．